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ISSN : 1229-6783(Print)
ISSN : 2288-1484(Online)
Journal of the Korea Safety Management & Science Vol.22 No.2 pp.7-14
DOI : https://doi.org/10.12812/ksms.2020.22.2.007

A Study on the Odor and Ventilation in Sludge Incineration Facilities

Byung-Suk Seo*,Yong-Han Jeon**
*Dept. of Information Security, Sangji University
**Department of Fire Protection Engineering, Sangji University
Corresponding Author : Yong-Han Jeon, Fire Protection Engineering, Sangji University, 83 Sangjidaegil, Wonju, Gangwondo
April 6, 2020 June 16, 2020 June 18, 2020

Abstract

Sludge incineration facilities are socially recognized as a hate facility. Therefore, a careful deodorization plan must be established. Therefore, the incineration facility must conduct research on odor ventilation. In this study, a odor diffusion simulation in an incineration facility was conducted and analyzed. In particular, research was carried out on carry-in rooms, pre-treatment rooms, and storage facilities for crops, which are expected to rapidly spread odor. As a result, ammonia 1.62, hydrogen sulfide 0.63, and acetaldehyde 0.73 were found in the transfer room. In addition, pretreatment rooms and stencil storage facilities were found to be lower than regulatory standards.

슬러지 소각시설 악취 및 환기에 관한 연구

서병석*,전용한**
*상지대학교 정보보안학과,**상지대학교 소방공학과

초록


1. 서 론

 

1.1 연구의 필요성 및 목적

 

슬러지 소각시설은 사회적으로 혐오시설로 인식되고 있어 세심한 탈취계획을 수립해야만 한다. 현재 건설 중이거나 최근 건설된 소각시설들은 높은 비용을 탈취 시스템 시공에 부담 되었으며, 악취가 배출된 기존 설비들은 주변주민이나 환경단체로부터 많은 소송 등에 휘말려 많은 피해를 받고 있으며, 주민들의 삶의 기본권을 침해 하고 있다. 따라서 소각시설은 악취물질이 확산되는 것을 차단해야하며, 포집 방법이 적절히 이루어져야 하며, 방지시설을 올바르게 선정해야 한다.

시설내 악취에 대한 연구는 지역[1, 2] 및 양돈시설 등[3]과 같은 곳에서의 저감 방식과 같은 연구가 주로 이루어져 왔으며 시설 및 설비에 관한 연구는 고 등이 아파트 주택의 실내 환기를 수치해석을 통해 실시하였으며[4], 문 등은 자원회수용 폐기물 벙커의 환경설비의 개선에 관한 연구를 하였다[5]. 하지만 소각시설내에서의 악취환기에 대한 연구는 충분한 데이터가 부족한 실정이다. 따라서 본 연구에서는 슬러지 소각시설에서 악취가 가장 많이 발생될 것으로 예상되는 반입실, 전처리실 및 협작물 저장시설의 악취확산을 예상하고자 하였다.

 

1.2 연구 내용

 

전산해석의 수행은 해석대상의 Grid 작성과 작성된 Grid 를 이용하여 계산을 수행하고 검토 및 분석하는 절차로 진행되었다. 시설동에 대한 수치해석은 실제 플랜트의 크기로 수행하였으며, 해석에 사용된 Tool은 수치해석모델 생성을 위한 CATIA V5 R16과, 범용 유동해석 Tool인 ANSYS FLUENT V.13[6]을 이용하였다.

해석 작업장 내부 기기 대한 상세 모델링은 격자수의 과도한 증가 및 해석 용량과 시간상으로 거의 불가능 하므로 내부 기기들을 단순화 하여 해석을 수행하였으며, 가장 보수적인 접근방법으로 해석 case들을 선정하여 해석을 수행하였다.

 

1.3 판정 기준

 

대기환경보전에 의한 악취규제 기준에 따르면 직접관능법 : 악취강도 2도 이하, 공기희석 관능법 (희석배율로 측정)은 배출구 : 공업지역 1000 이하, 기타지역 500 이하 부지경계선: 공업지역 20 이하, 기타지역 15 이하 부지경계선에서 채취한 시료 중에 다음 물질이 있다고 판단될 때에는 기기분석법을 병행하여 기준을 만족해야 한다.

 

2. 수치해석 결과 및 분석

 

2.1 반입실 해석 결과

 

반입실의 해석 형상 및 격자형상을 [Figure 1]에 나타내었다. 출입구는 닫힌 상태에서 해석을 수행하였으며, 반입실 내부의 두개의 슬러지 저장소 덮개를 오염물질의 배출원으로 가정하였고 반입실과 반입실 사이의 에어커튼은 작동하지 않은 상태라고 가정하였다.

 

 

 

 

[Figure 2]는 반입실 내부의 공기연령 분포를 나타내었다. 반입실의 실내 공기연령 평균은 해석결과 385초로 예측되었다. 공기연령 분포를 보면 최대 550초 미만으로 반입실의 공간 부피를 기준으로 우수한 환기성능을 확인 할 수 있다. 특히 슬러지저장소 상부에 위치한 반입실의 공기연령분포가 상대적으로 우수한 것으로 보여지는데, 이는 반입실의 악취농도가 높을 것으로 예측되어 환기성능을 집중시켰기 때문이다. 공기연령분포는 반입실의 출입구 부근이 높게 예측되나, 본 해석에서는 닫혀있는 것으로 가정한 출입구를 통한 실외공기의 급기가 가능할 것이기 때문에 실제 환기성능은 예측값 보다 더욱 우수할 것으로 판단된다. 즉 반입실의 급기구 및 탈취구의 위치선정 및 설계가 이러한 요인들을 모두 고려하여 적절하게 설계 된 것으로 판단된다.

 

 

 

 

[Figure 3]에 나타낸 pathline에서도 정체된 곳 없이 부드럽게 공기가 순환되는 것을 확인할 수 있다. 반입실과 반입실의 좌우 양단에 설치된 급기구에서 외기가 유입되며 유입된 외기는 중앙의 탈취구를 통하여 빠져나가게 된다 유선상에 정체된 곳 없이 원활하게 기류가 순환하는 것을 확인할 수 있다.

 

 

 

[Figure 4]에는 반입실 내부의 기류속도 분포를 나타내었다. 내부 평균 기류속도는 0.304m/s로 계산되었으며 인체활동영역인 0~2m 높이 사이의 평균기류는 0.321m/s로 예측되었다. ASHRAE(미국난방냉동공조기술자협회)의 쾌적 선도 기준(약실 내 작업자의 쾌적 기류) 구간에 존재하며, 국내 공중위생법 위생관리기준 및 건축법 공기조화설비 기준인 0.5m/s이하를 만족한다.

 

 

 

 

반입실 내부의 악취 농도 분포를 [Figure 5]~[Figure 8]에 각각 x, y, z축을 기준으로 분할하여 나타내었다. 악취 분포를 보면, 반입실의 기류분포로 인하여 반입실로 확산이 제한되는 경향을 살필 수 있다. 특히 본 해석에서 반입실과 반입실 사이의 에어커튼이 작동하지 않는 것으로 가정한 것을 상기하면, 에어커튼 작동시 반입실의 악취농도는 더욱 낮아질 것으로 판단된다. 즉 반입실의 급기구 및 탈취구의 위치 선정이 적절하며 반입실에 미치는 영향이 미미한 것으로 예측된다. 각 오염물질의 규제기준 및 시뮬레이션 결과를 <Table 1>에 나타내었다.

 

 

 

 

 

 

반입실 내부의 악취확산 해석 결과 청정한 외기가 충분히 유입되고 있으며, 유선분포 및 공기연령 분포를 통하여 정체되는 곳 없이 효율적으로 공기순환이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 내부평균 기류속도는 0.304m/s로 규제기준을 만족한다. 반입실 근처에서의 NH3 및 H2S 또한 규제기준 미만으로 나타나며 발생된 오염물질이 적절히 탈취되는 것을 확인할 수 있다. 나머지 오염물질의 농도 또한 시뮬레이션 예측값이 규제기준을 만족하는 것을 확인하였다.

 

2.2 전처리실 해석 결과

 

전처리실의 해석 형성 및 격자형상을 [Figure 9]에 나타내었다. 출입구는 닫힌 상태에서 간소화 하여 나타낸 두개의 전처리 장비를 오염물질의 배출원으로 가정하였고 상부의 하나의 급기구와 두개의 탈취구가 배치된 형상을 나타내었다.

 

 

 

 

[Figure 10]에는 전처리시설 내부의 공기연령 분포를 나타내었다. 전처리실 내부의 평균공기연령은 383초로 예측되었으며, 공기연령 분포를 보면 최대 500초 미만으로 전처리실의 공간 부피를 기준으로 우수한 환기성능을 확인할 수 있다. 특히 출입구 근처에서 높게 나타나는 공기연령은 실제 상황에서는 에어커튼의 영향으로 더욱 감소할 것으로 예측된다.

 

 

 

 

[Figure 11]에 나타난 전처리실의 pathline에서도 정체된 곳 없이 부드럽게 공기가 순환되는 것을 확인할 수 있으며 특히 유선이 전처리장비를 지나 바로 탈취구로 연결된 경향을 확인할 수 있다. 특히 전처리장비 사이에 충분한 기류흐름이 존재하여 고농도의 오염을 근본적으로 방지하였다.

 

 

[Figure 11] Pretreatment room pathline

 

 

[Figure 12]~[Figure 15]에는 전처리시설 내부의 오염물질 농도분포를 각각 x, y, z축을 기준으로 분할하여 나타내었다. 기준단위는 ppm으로 나타내었다. 오염물질이 출입구 방향으로 확산이 제한되고 기류흐름을 따라 배기구로 바로 빠져나가는 경향을 확실히 확인할 수 있다. 전처리실 내부의 오염물질의 규제기준치 및 시뮬레이션 예측값을 <Table 2>에 정리하였다.

 

 

[Figure 14] Pretreatment room Acetaldehyde distribution(ppm)

 

 

 

 

 

전처리실 내부의 악취확산 해석 결과 청정한 외기가 충분히 유입되고 있으며, 유선분포 및 공기연령 분포를 통하여 정체되는 곳 없이 효율적으로 공기순환이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 내부평균 기류속도는 0.259m/s로 규제기준을 만족한다. 악취원으로 가정한 전처리장치 근처의 암모니아 및 황화수소 농도는 약 기준치 미만으로 발생된 오염물질이 적절히 탈취되는 것을 확인할 수 있다. 다른 오염물질의 농도 또한 시뮬레이션 예측값이 규제기준을 만족하는 것을 확인하였다.

 

2.3 협잡물 저장실

 

협잡물 저장실의 해석 형성 및 격자형상을 [Figure 16]에 나타내었다. 출입구는 닫힌 상태에서 간소화 하여 나타낸 협잡물저장고를 오염물질의 배출원으로 가정하였고 상부의 하나의 급기구와 두개의 탈취구가 배치된 형상을 나타내었다.

 

 

[Figure 16] Contaminant storage room grid shape

 

 

[Figure 17]에는 에어커튼으로 인한 반입장 내 유선분포를 나타내었다. 유선분포가 반입장 내부 전체에 퍼지고 있는 것을 확인할 수 있다.

 

 

 

 

[Figure 18]에 나타나 협잡물 저장실 기류속도 분포를 살펴보면 급기구를 통해 유입된 외기가 급기구 하단 외에는 균일한 유동을 보이고 있으며 최대 유속은 급기그릴에서 나타나고 있다. 유입된 외기는 협잡물 내부를 완만히 잘 순환하여 후 두개의 탈취구를 통하여 배출되며 탈취구 근처에서 다시 속도가 증가하는 경향을 보인다. 내부 평균 기류속도는 0.234m/s로 계산되었으며 인체활동영역인 0~2m높이 사이의 평균기류는 0.295m/s로 예측되었다. ASHRAE(미국난방냉동공조기술자협회)의 쾌적 선도 기준(약실 내 작업자의 쾌적 기류) 구간에 존재하며, 국내 공중위생법 위생관리기준 및 건축법 공기조화설비 기준인 0.5m/s이하를 만족한다.

 

 

 

 

협잡물 저장실 내부의 악취농도를 [Figure 19]~[Figure 22]에 나타내었다. 악취원은 협잡물 저장실 상단으로 설정하였으며, 이곳에서 가장 높은 농도를 보이며, 기류 분포에 따라서 좌우로 악취가 확산되지 않고 상단의 탈취구로 빨려나가는 것을 명백히 확인할 수 있다. 협잡물 저장실 내부의 각 오염물질의 규제기준치 및 시뮬레이션 예측값을 <Table 3>에 나타내었다.

 

 

 

 

 

 

 


 

협잡물 저장실 내부의 악취확산 해석 결과 청정한 외기가 충분히 유입되고 있으며, 유선분포 및 공기연령 분포를 통하여 정체되는 곳 없이 효율적으로 공기순환이 나타나는 것을 확인할 수 있다. 내부평균 기류속도는 0.234m/s로 규제기준을 만족한다. 악취원으로 가정한 협잡물 저장실 근처에서의 황화수소 및 암모니아 농도 모두 규제치 미만으로 나타나며 발생된 오염물질이 출입구로 확산되지 않고 기류흐름을 따라 적절히 탈취되는 것을 확인할 수 있다. 각 오염물질의 농도 또한 시뮬레이션 예측값이 규제기준을 만족하는 것을 확인하였다.

 

3. 결 론

 

본 연구에서는 새로운 환경 에너지 시설을 계획함에 있어서 작업자의 작업환경의 향상을 도모하고자 시설동의 기류 및 악취 농도 분포를 이론적인 방법으로 해석한 후 다음과 같은 결론을 얻었다.

1. 반입장 및 각 개별 작업실의 기류분포를 살펴보면 급기구를 통해 유입된 기류는 내부 악취원의 오염물질을 충분히 탈취구로 이끌어 내고 있으며, 이때 공기연령분석을 통하여 나타난 외기의 체류시간 및 오염물 확산해석을 통해 예측된 악취의 농도분포는 모두 우수한 것으로 판단된다. 모든 해석 사례들은 보수적인 접근방법에 의하여 가장 severe한 경우들을 선정하여 해석을 수행하였으며, 그럼에도 불구하고 각 오염물질이 기준치 이하로 예측되어 우수한 환기 성능을 보이는 것으로 판단된다.

2. 협잡물 저장고 및 반입실의 슬러지저장고 덮개에서 발생한 오염물질의 반입장 및 외부로의 확산에 대한 해석 결과, 개별 작업장 사이에 설치된 에어커튼이 오염물질의 외부확산을 방지하는데 일조하는 것으로 사료된다.

Figure

Table

Reference

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